中国新能源汽车电池管理系统存很大缺陷

2013-08-29 16:09:39来源: 汽车商业评论

    如果问新能源汽车生产厂家最怕的是什么?可能很多人会回答“自燃”。确实,电动汽车自燃不仅是企业的噩梦,也是整个行业的噩梦。

    究其原因,除电池本身问题外,控制电池运行的电池管理系统(Battery Management System,简称BMS)也起着关键作用。

    某种程度上可以说,中国锂电池的水平已经不低,在生产规模上更是世界第一,很多先进生产线均为进口,硬件设施已经属于先进水平。但是为什么很多电池用两三年就不行了,业内人士认为,一个重要的短板还是在BMS。

    “以为电池已经不行了,实际电芯还是好的,这暴露的是控制系统弱点。”德锂龙(上海)电动汽车技术开发有限公司总经理黄马库斯这样告诉记者。

    BMS,通常被业内称为新能源汽车电池的“大脑”,与动力电池组、整车控制系统共同构成新能源汽车的三大核心技术。由于其在新能源汽车产业中特有的重要性,越来越受到业内“追捧”,同时也蕴藏了巨大商机。

    国内首次出现BMS研究在2000年左右,而产品真正出现市场大概也就只有四五年时间。记者了解了解到,BMS技术的不成熟性,成为新能源汽车进一步发展亟待突破的瓶颈。

    目前我国BMS产品的市场管理还处于“无序”阶段,没有国家统一的强制性检测标准。同时,我国BMS产品技术能力及设计理念方面与国外还存在很大差距,难以担负未来新能源汽车实际应用需求。

安全令与“心理安慰”

    “对投入示范运行的插电式混合动力汽车、纯电动汽车要全部安装车辆运行技术状态实时监控系统,特别是要加强对动力电池和燃料电池工作状态的监控。”

    2011年8月18日,科技部、财政部、工信部和发改委等四部委在联合发布的新能源汽车示范推广“安全令”——《关于加强节能与新能源汽车示范推广安全管理工作的函》中如此强调。

    “安全令”的颁布时机有点微妙。

    当年4月13日,一辆车牌号为“浙AT2618”的电动出租车行驶至杭州武林路222号附近时突然发生自燃,整辆车子被烧得支离破碎。

    6月8日,杭州市政府通报了众泰电动车自燃原因,作出“电池成组后未能满足车辆使用环境的需求,出现电池漏液、绝缘受损以及局部短路的情况”的鉴定结果。

    当年参与事故调查的一位专家事后指出:“尽管中国在动力电池、电机和控制系统等领域有一定的技术储备优势,但这些技术优势是局部的、暂时的,在集成技术方面仍需要攻关。”

    “安全令”所言的车辆运行技术状态实时监控系统就是BMS,它与动力电池组质量同等重要,对于规避电池燃烧都起着至关重要的作用。

    距离上述政策发布近两年后,目前我国的BMS发展现状又是如何呢?

    “目前在我国,BMS已经是新能源汽车的‘标配’部件,对于降低消费者对于电池安全的担忧起着极其重要的‘心理安慰’作用,可是没有一家企业的BMS经受过强制安检。”

    国家863电动车重大专项动力电池测试中心、中国北方车辆研究所动力电池实验室主任王子冬4月接受《汽车商业评论》专访时这样说道。

    与国外相比,我国BMS在数据采集的可靠性、电池的荷电状态(SOC)的估算精度、热管理、均衡、安全管理等方面有很大不足。很多企业的单体、小模块电池测试结果和成组后的结果差异很大,主要表现在单体电池符合安全和性能标准,而一旦成组,在安全、寿命、放电能力等方面就难以保证合格。

    王子冬举例道,单体电池循环充放电可达2000次,成组后就只有1000次,根本原因就是没有成熟的BMS。由于电池芯局部功耗过大,产生局部热量,且信息无法精确传递至驾驶员,极易导致电池自燃发生。

无强制检测

    一位不愿具名的南方某知名BMS厂家销售工程师告诉《汽车商业评论》,国内BMS的设计、生产基本上是由电池厂或是其委托的第三方主导,在与动力电池进行技术匹配后,一起装在整车上进行测试,对于测试的项目、流程及时间基本是由整车厂最后拍板,而整车厂对于BMS各种技术也不知就里。

    在测试过程环节,BMS出现的任何问题基本就是就地解决,发现一个解决一个。经过多轮的测试,整车厂、电池厂及电子厂发觉没有新的问题出现,BMS连同动力电池即可交付用户。

    他说:“从开始设计到装备车辆,少则三个月,多则七八个月,完全是为了赶整车厂的下线进度,很难说产品质量是完美,而这也是行业惯例。”

    国外BMS投放市场前,需要经过严格的环境可靠性测试,如沙尘、盐雾、潮湿、淋雨、高温、震动、疲劳、电磁干扰等一系列的功能性检测,耗时数年。

    而我国的BMS基本上就是看着不错,能够有一些简单的实时监测功能就可以了,至于功能的可靠性、稳定性、精确度、使用寿命都难以达到国外行业水平。

    对于这种“头痛医头脚痛医脚”的检测现状,王子冬表示无奈。

    BMS检测不属于动力电池强制检测的工作范围,中国北方车辆研究所耗资近2000万元设立了国际先进的BMS检测中心,根本原因就是他们发现,电池发生自燃、功能衰减等问题往往不是发生在充放电环节,而是在使用环节,这时BMS质量的重要性就显得尤为突出。

    王子冬说:“由于我国没有对BMS检测的强制制度,很多企业不愿意将产品拿到我们这里检测。与动力电池强制检测及认证制度相比,BMS的重要性往往被业内忽略,以为很简单,其实关乎电池的终身安全使用。”

    记者了解到,国外对于BMS是主动认证制度,企业在做BMS研发、开发过程中,会将所有的测试项目都做完,让用户在使用过程中提不出毛病。国内则是另外一个情况,国家有强制要求做测试就做,没有就不做。

    实际上,即使是对电池的强制检测标准,业内也颇有微词。中国有6家机构在做电池检测,但整个标准是2009年制定,主要是针对锰酸锂动力电池的特性来检测,很难反映目前以磷酸铁锂动力电池为主的市场现状及技术发展。

高、中、低

    据记者了解,现今国外盛行的BMS产品多采用主动式均衡功能设计,价格和技术含量较高,属于未来发展趋势;而国内基本采用被动式均衡功能和不带均衡功能的BMS产品,价格低、功能简单。

    目前宝马Mini E、日产聆风、特斯拉Model S及陷入困境的菲斯克Karma电动汽车均采用主动式BMS均衡,不仅能达到电池组均衡目的,监测的精度也高(误差小于0.7%),市场价格为2~3万元/套。

    而中国新能源汽车主要使用被动式BMS均衡,黄马库斯告诉《汽车商业评论》,仅仅是将容量多的电池中多余的能量进行转移,实现整组电池电压的均衡,市场售价仅为2000~3000元/套。目前江淮同悦电动汽车所用BMS即为被动式均衡设计。

    至于不带均衡功能设计的BMS,则不过是起着电池电流、电压、温度、SOC(电池剩余电流)、SOH(电池健康度)等信息实时显示功能的监控系统,功能最为简单,市场价格约为1000元/套,但它目前为国内低速电动车所大量采用。

    合肥国轩高科动力能源有限公司总经理方建华并不完全赞成使用主动式均衡功能设计的BMS。他说:“从整车控制本身来说,主动均衡是需要的,而且是好的,但是考虑到我们国内电池的工业化水平,有时候盲目崇拜主动均衡会弊大于利。”

    主要原因就是它某种程度上掩饰了电池的缺陷。如果电池出现微短路,能量释放少的单体电池就会在主动均衡条件下,自动补充电能,长此以往,这块电池的储能能力弱的特点就不容易被发现,毛病也就会看不出来。

    方建华对《汽车商业评论》说:“包括江淮厂家也给我们提过在他们的产品上使用主动均衡的要求,但是都被我们委婉拒绝了,我们的观点就是目前时机还不成熟。盲目做主动均衡BMS反而不利于电池的健康使用。”

断裂的链条

    尽管如此,“与国外成熟市场相比,中国的BMS研发体系存有很大缺陷。”黄马库斯告诉记者。

    在国外,BMS与电池一样,只是整车厂生产的一个汽车零部件,整车厂置于金字塔顶端。BMS从功能定义的设计开始,就由整车厂牵头主导,然后找第三方设计公司进行产品设计,最后找生产企业进行生产,三方共同决定电池包的BMS匹配方案。

    同样,在生产过程中,需要经历工程样件、小批量试生产、大批量生产。在每一个生产过程中,都离不开整车厂与设计公司从中协调、改进、再协调、再改进的往复身影。整个研发时间少则1~2年,多则5~6年。目前戴姆勒-奔驰、宝马、丰田等国际巨头企业均是采用此类体系。

    回看中国,情况截然相反。BMS从设计到量产的数月过程中,整车厂仅是买方身份,没有太多参与权和决定权。

    目前国内的BMS基本由电池厂及第三方电子厂进行研发、生产,约各占50%市场份额,整车厂参与度很少,这是业内基本常态。比如江淮电动汽车动力电池来自于合肥国轩高科动力能源有限公司,而BMS也由这家公司与惠州市亿能电子有限公司合作提供。

    自2009年中国大力推广新能源汽车始,国家就强调整车厂必须在电池、电机、电控方面至少有一个专长,除比亚迪在电池领域有研发、生产经验外,其他整车厂基本都选择相对容易的电机,至于BMS领域,鲜有技术储备。

    对于整车厂在BMS方面的不作为,方建华认为“这是事实”,因为“我们的国情不一样,目前中国绝大多数电动车都是由传统车改造,我们整车厂对电动车的研发远远落后于发达国家”。

    同样值得注意的是,BMS在研发、生产及测试过程中,需要整车厂提供汽车平台结构和整车控制通信信号、动力电池相关结构和技术参数等信息,而这方面又是整车厂与电池厂的核心机密,BMS厂家需要很多时间花在沟通环节,最终成果也难言高效。

    方建华觉得BMS这样的研发现状是暂时的,未来电动汽车发展一定是一个全新平台,就必然会考虑到BMS各项指标的匹配性、稳定性。随着大家对整个系统集成的理解加深,整车企业与电池企业一起来做BMS是一个比较好的未来合作趋势。

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0829/article_7813.html
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